新研究显示突触可塑性在调节癫痫患者脑功能方面的关键作用

癫痫是一种以大脑过度电活动为特征的神经系统疾病，其发病机制仍然未知。现在，使用一种新型放射性示踪剂([11C]K-2，第一个可视化和量化活人脑中α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体(AMPAR)的技术)，来自日本的研究人员已经能够深入了解AMPAR运输在癫痫发生中的作用。他们的发现可能导致癫痫患者新型疗法的开发。

癫痫是一种导致反复、无端癫痫发作的神经系统疾病，影响着全世界数百万人。虽然大脑电节律的不平衡被认为是导致癫痫的主要因素，但其潜在的病理生理机制仍然难以捉摸。

现在，在Cell Reports Medicine上发表的一项研究中，由横滨市立大学的研究人员领导的一个团队已经能够研究癫痫患者的大脑功能，并阐明这种疾病的生物学基础。

使用正电子发射断层扫描(PET)和脑电图(EEG)，研究小组分析了α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体(AMPARs)在癫痫发生中的作用。“AMPARs在大脑的突触可塑性中起着关键作用。因此，我们最近开发了一种PET放射性示踪剂，[11C]K-2，这是第一个也是唯一一个可用于量化活人脑中AMPAR密度的技术。这种示踪剂使我们能够研究通过脑电图测量的AMPAR密度与大脑动态电活动之间的关系，“横滨市立大学医学研究生院的Takuya Takahashi教授解释说，他是该研究的主要作者。

神经元突触促进信息在神经元之间的传递。然而，突触功能障碍会导致各种脑部疾病，包括癫痫。突触可塑性 - 神经元活动导致神经元之间连接强度变化的过程 - 主要以两种形式存在：Hebbian和稳态可塑性。虽然Hebbian可塑性促进了信息可以被编码和保留在神经元中的机制，但稳态可塑性将神经元移回其原始状态。目前的研究是基于这样一个前提，即涉及AMPAR的突触可塑性功能障碍会引发癫痫发生。

为了深入了解癫痫发生的生物学机制，研究人员监测了癫痫患者中放射性标记的AMPAR的贩运。他们发现细胞表面AMPAR密度与局灶性癫痫的γ活性幅度之间存在正相关关系。此外，从局灶性癫痫发作到全身性癫痫发作的转变伴随着阳性AMPAR-theta活性耦合的消失和负AMPAR-theta活性耦合的扩散。这一结果至关重要，因为据报告，局灶性至双侧强直阵挛发作是癫痫意外猝死的最重要危险因素。

研究人员还发现，在局灶性癫痫发作的患者中，AMPAR贩运的增加也增加了异常γ活动的幅度，这从脑电图测量中可以明显看出。相比之下，全身性癫痫发作的患者在细胞表面表现出AMPAR降低。这种减少与异常伽马活动振幅的增加有关。研究人员还指出，癫痫患者的AMPAR水平低于健康对照组。全身性癫痫发作患者在皮质较大区域也表现出低于局灶性癫痫发作患者的AMPAR水平。

“鉴于这些发现，我们认为Hebbian可塑性增加AMPAR贩运和稳态缩放以补偿癫痫发作中突触功能的下调可以调节癫痫脑功能，”高桥教授说。

总之，该团队的发现消除了对人类癫痫生物学基础的几个疑问，并且还可能导致为患有这种疾病的患者开发新颖有效的治疗方法。